LANGTIDSVARMELAGER

I MARSTAL, forprojekt

Udarbejdet for

Marstal Fjernvarme

PlanEnergi I/S

med støtte fra Energistyrelsens

udviklingsmidler for vedvarende energi Maj 2001

INDHOLDSFORTEGNELSE

1 INDLEDNING OG RESUMÉ 3

1.1 Baggrund 3

1.2 Formål 3

1.3 Resultater 3

2 SAMMENLIGNING MELLEM LØSNINGSFORSLAG 4

2.1 Beskrivelse af alternativerne 4

2.2 Energiforhold, forbrugerpris og tilskudsbehov 10

3 DESIGN AF LAGER 14

3.1 Jordbundsforhold 14

3.2 Lagergeometri 14

3.3 Tætning af sider 15

3.4 Lågløsning 17

BILAG

1. Beskrivelse af ORC-anlæg fra Weiss

2. Beskrivelse af BioPower-anlæg fra Marstal VVS

3. TRNSYS-resultater, alternativ I-M

4. Økonomiske resultater, reference og alternativ A-H

5. Geoteknisk undersøgelse, rapport 1

6. Geoteknisk undersøgelse, rapport 2

1 INDLEDNING OG RESUMÉ

1.1 Baggrund

Marstal Fjernvarme fremsendte i juni måned 1999 ansøgning til EU´s 5. rammeprogram om tilskud til et energianlæg bestående af en udvidelse af solvarmeanlægget fra de nuværende 9.000 m² til 40.000 m² og etablering af et damvarmelager på 75.000 m³. Projektet blev positivt evalueret og indstillet til tilskud til lagerdelen. På grund af begrænsede midler bevilgedes dog aldrig tilskud. Da der imidlertid ikke så ud til at kunne opnås EU-tilskud til solfangerfeltet, besluttedes det at reducere projektets størrelse.

1.2 Formål

Derfor ansøgtes Energistyrelsen om tilskud til et forprojekt for et mindre anlæg, hvor lagerdelen dog stadigvæk forudsattes gennemført som et damvarmelager. For at være interessant for videreudvikling af damvarmelagre forudsattes det, at lageret skulle være ca. 10 gange større end damvarmeforsøgslageret på 1500 m³ i Skørping.

Ideen med forprojektet var at fremsende en fornyet ansøgning til EU´s rammeprogram. Med etableringen af et forsøgsdamvarmelager ville derved opnås, at Marstal Fjernvarme kunne demonstrere 3 forskellige lagertyper: ståltank, sandlager med pexrør som varmeveksler og damvarmelager. Derved ville driftserfaringerne fra de 3 lagertyper kunne formidles fra samme sted.

1.3 Resultater

Projektet indledtes med en sammenligning mellem sol/langtidsvarmelagerløsningen alene og sammen med de mest lovende kraftvarmeteknologier for at kunne vurdere om solvarmeanlægget med fordel kunne tilføjes en kraftvarmeløsning. I et tidligere forprojekt "Biomassefyret Kraftvarme i Marstal" var ligeledes regnet på kraftvarmeteknologier. Marstal Fjernvarmes bestyrelse traf på grundlag af en sammenligning af alle de gennemregnede alternativer beslutning om at arbejde videre med løsningen med solvarme/langtidsvarmelagring alene. Årsagen var dels, at afregningsprisen for strøm var meget usikker efter 2010 samtidigt med at det var nødvendigt med ca. 50% tilskud til løsningerne indeholdende kraftvarme - hvis de skulle kunne afskrives over 10 år og dermed være uafhængige af elprisen efter 2010 - dels at en henvendelse til EU resulterede i at Marstal Fjernvarme fik anbefalet at søge tilskud til et så enkelt anlæg som muligt og i stedet forsøge at gøre solvarmeandelen innovativ.

Derfor ansøgtes i maj 2000 atter om tilskud fra EU´s 5. rammeprogram. Denne gang til et solvarmeanlæg på i alt 19.000 m² (incl. de nuværende 9.000 m²) og til et damvarmelager på 10.000 m³- I skrivende stund (april 2001) er et projekttilskud på ca. 6 mio. d.kr. bevilget, men Marstal Fjernvarme afventer modtagelse af kontrakten. Der er således udsigt til, at projektet vil blive gennemført.

Nærværende rapport indeholder foruden de sammenlignende beregninger afsnit om design af lageret. Herunder er jordbundsforholdene omkring solvarmeanlægget undersøgt og der er fundet et forslag til placering. Endvidere er fundet forslag til løsning af konstruktionsdetaljer som tætning af sider og opbygning af lågkonstruktion. Sidelineren er foreslået som plastliner, men den endelige løsning afventer en laboratorieprøvning af de mest lovende plastlinerløsninger. Låget er foreslået opbygget i tyndpladestål, men også her afventes udførelse af et forsøg med et låg udført i mindre størrelse på DTU.

2 SAMMENLIGNING MELLEM LØSNINGSFORSLAG

2.1 Beskrivelse af alternativerne

I projektet "Biomassefyret kraftvarme i Marstal" (ref. 1), blev der i 1999 gennemregnet en række forskellige løsninger til kraftvarmeforsyning kombineret med langtidsvarmelagring.

I kraftvarmeprojektet regnede vi på et referencesystem (den nuværende forsyning) og 8 alternativer (A-H). For samtlige alternativer blev beregnet det nødvendige tilskud, såfremt alternativet skulle være lige så godt som referencen over en 10- eller 20-årig periode. Resultaterne er gengivet i Fejl! Ukendt argument for parameter..

		Varmepro-duktionspris Kr/MWh	Nødvendig støttepct.
			Afskr. 10 år	Afskr. 20 år
O.	Referencen = det nuværende produktionssystem , som består af oliefyrede kedler på i alt 18,6 MW, 9.043 m^2 solfangere, 2 dieseldrevne kraftvarmemotorer på hver 149 kWel og 2.100 m^3 korttidslager	437	-	-
A.	Dampturbine, flis, 4 MW varme, 1,57 MWel og 50.000 m^3 sæsonvarmelager	461	50	16
B.	Som A, men tilføjet en dampproducerende halmkedel	483	57	29
C.	Som A. men tilføjet en biogasfyret overheder	461	50	16
D.	Som A, men tilføjet extra solfangere og med i alt 75.000 m^3 sæsonvarmelager	496	60	28
E.1	Som A, men uden sæsonlager og med varmeeffekt på 6 MW og eleffekt på 2,45 MW	456	48	12
E.2	Som E.1 men tilføjet en biogasfyret overheder. Eleffekt 2,79 MW	461	49	14
F.	Ingen biomassekraftvarme, 75.000 m^3 sæsonvarme-lager og et samlet solfangerareal på 40.000 m^2.	493	66	38
G.	Referencen tilføjet 4 MW flisfyret varmecentral	406	0	0
H.	Forgasning, flis, 3.525 MWvarme og 1,905 MWel	472	53	22

Tabel Fejl! Ukendt argument for parameter. Økonomiske resultater, Biomassefyret kraftvarme i Marstal.

I alle kraftvarmeløsningerne er regnet med at den nuværende elafregningspris er gældende i tyve år frem. Det er imidlertid kun sikkerhed for elafregningsprisen frem til 2010. Derefter risikerer man et betydeligt prisfald. Derfor, og fordi der er tale om nye teknologier med en vis usikkerhed på ydelse og driftsomkostninger, bør anlæggene afskrives over 10 år. Det betyder, at tilskudsbehovet vil være 50%. På den baggrund besluttede Marstal Fjernvarme, at der ikke skulle installeres kraftvarme,

Der arbejdedes derfor videre med en solvarmeløsning. I første omgang ved i juni 1999 at ansøge EU´s 5. rammeprogram om anlægsstøtte til etablering af et optimeret alternativ D med 40.000 m² solfangere og 75.000 m³ damvarmelager, således at 50% af det årlige varmebehov ville være dækket med solvarme. Ansøgningen blev positivt evalueret for så vidt angår damvarmelageret, som blev anset for at være innovativt, og projektet blev indstillet til et tilskud på 6 mio. danske kroner. Projektet var dog ikke blandt de udvalgte, som fik tilskud. Det blev placeret på venteliste og kunne komme i betragtning, hvis nogle af de øverst prioriterede projekter måtte droppes.

Et tilskud på 6 mio. kr. ville imidlertid ikke være nok til at gennemføre det foreslåede projekt, idet det samlede tilskudsbehov udgjorde 27,5 mio. kr. Der skulle således hentes 21,5 mil. kr. i nationale tilskud. Det anså Marstal Fjernvarme ikke for muligt, hvorfor det besluttedes at søge om støtte til et mindre projekt med 30% solvarmedækning. Nærværende projektbevilling har til formål at optimere dette projekt.

Samtidigt med, at denne optimering skulle finde sted, fremsendte Marstal VVS et tilbud på etablering af et biomassefyret kraftvarmeværk med en dampmotor. Det besluttedes derfor at indlede optimeringsprojektet med en undersøgelse af om det reducerede solvarmeanlæg med fordel kunne kombineres med et biomassefyret kraftvarmeanlæg. I modsætning til den første kraftvarmeundersøgelse, som tog udgangspunkt i en teknologi med damturbine og elnyttevirkninger over 25%, medtoges nu anlægstyper med lavere elnyttevirkning. Endvidere var fremkommet nye oplysninger vedrørende forgasningsanlægget (alternativ H), hvorfor dette beregnedes igen og FLS Miljø var ligeledes fremkommet med en forgasningsløsning.

Følgende alternativer beregnedes:

I. Ca. 30% solvarmedækning med øget solfangerareal og damvarmelager.

Der er tilføjet 10.000 m² solfangere og 10.000 m³ damvarmelager til det nuværende system i Marstal (referencen), hvorved solvarmen totalt er dækkende om sommeren samt altså på årsbasis dækker ca. 30%. Lageret er et damvarmelager med flydende låg.

Et damvarmelager består af et udgravet hul i jorden typiske udformet som en omvendt pyramidestub og tætnet med en plastliner, ler eller en kombination heraf. Lageret fyldes med blødgjort vand og forsynes typisk med et isoleret, flydende låg. Et 1.500 m³ forsøgslager er opført ved Skørping (ref. 2.).

Figur Fejl! Ukendt argument for parameter. Snit i damvarmelager, Skørping

Damvarmelageret på 10.000 m³ er kvadratisk og har følgende tværsnit:

1 m 20 m 10,0 m 20 m 1 m

Lageret er prissat som følger:

A. Udgravning

Muldafrømning, 15 kr/m² x 3.000 m² = 45.000 kr.

Udgravning, 27 kr./m³ x 12.000 m³ = 324.000 kr.

B. Sideliner

Liner, PP 80 kr/m² x 3.100 m² = 248.000 kr.

Geotextil 10 kr/m² x 3.100 m² = 31.000 kr.

Sand 15 kr/m² x 3.100 m² = 46.000 kr.

C. Top

Låg, DTU 700 kr/m² x 2.700 m² = 1890.000 kr.

Ind- og udløbsarrangement inkl. trykudligning 400.000 kr.

Geotekniske undersøgelser 100.000 kr.

Manøvrerum 361.000 kr

Terrænetablering 100.000 kr.

Vand 10.000 m³ x 10 kr/m³ 100.000 kr.

Temperaturfølere og niveaumåler 50.000 kr.

Byggeplads 500.000 kr.

Uforudsete, 10% 385.000 kr.

Projektering og tilsyn, 10% 420.000 kr.

I alt 5.000.000 kr.

Solfanger 10.000 m² x 1.417,50 kr/m² 14.175.000 kr.

Samlet investering, alternativ I: 19.175.000 kr.

Drift- og vedligeholdelsesudgifter fremgår af Fejl! Ukendt argument for parameter.. Tallene dækker Marstal Fjernvarmes samlede udgifter.

Tabel Fejl! Ukendt argument for parameter. Drift- og vedligeholdelsesudgifter alternativ I.

J. Løsning I suppleret med et Organic Rankine Cycle kraftvarmeanlæg.

Anlægget leveres af Weiss. Anlægget ligner et dampturbineanlæg, men i stedet for en dampkreds anvendes en oliekreds. Princippet kaldes Organic Rankine Cycle (ORC) og omfatter følgende elementer:

· Fordamper

· Regenerator

· Kondensator

· Damptilgangs-, stop-, start- og bypass-ventil med tilhørende rørforbindelser.

· Arbejdsvæske fødepumpe

· Lavspændings-asynkron elgenerator

· Turbine med nødvendigt tilbehør

Dertil kommer en fliskedel med tilbehør samt bygning. Nærmere beskrivelse af ORC-anlægget fremgår af bilag 1.

Det samlede anlæg har følgende produktionsforhold:

	Effekt	Virkningsgrad
Tilført energi	3322 kW
Kedelydelse	2300 kW	69%
Varmeproduktion, røggasveksler	622 kW	19%
El-produktion ORC	391 kW	12%
Tab	400 kW	12%

Tabel Fejl! Ukendt argument for parameter. Ydelser, Weiss ORC anlæg.

Anlægget er prissat som følger:

Bygning 5.500.000 kr.

Fliskedel 6.000.000 kr.

Turbine/generator 8.800.000 kr.

Byggerenter 800.000 kr.

Rådgivning 650.000 kr.

Uforudsete 1.500.000 kr.

I alt 23.250.000 kr.

Solfanger og damvarmelager 19.175.000 kr.

Alternativ J i alt: 42.425.000 kr.

Drifts- og vedligeholdelsesudgifterne er som for alternativ I plus en årligt driftsomkostning på 150.000 kr samt reinvesteringer på 300.000 kr hvert 5. år.

K. Løsning I suppleret med et BioPower kraftvarmeværk leveret af Marstal VVS.

Anlægget består af en avanceret ristefyret kedel og en dampmotor. Dampmotoren er fra Spillingwerk i Hamburg, som har lavet dampmotorer i mange år.

Kedlen er driftssikker og kan som brændsel modtage træflis med et vandindhold mellem 30 og 65%. Udover træflis kan alle træmaterialer bruges efter nedknusning til passende størrelser. Herunder kan indregnes den brændbare del af storskrald. Endvidere kan kildesorteret husholdningsaffald udgøre op til 20% af energien. Nærmere beskrivelse fremgår af bilag 2.

Anlægget har følgende produktionsforhold:

	Uden kondensering		Med kondensering
	Effekt	Virkningsgrad	Effekt	Virkningsgrad
Tilført energi	5805 kW		5805 kW
Varmeproduktion	4400 kW	76%	5400 kW	93%
Elproduktion	650 kW	11%	650 kW	11%
Tab	755 kW	13%

Tabel Fejl! Ukendt argument for parameter. Ydelser, Marstal VVS, BioPower KV.

Anlægget er prissat som følger:

Uden kondensering Med kondensering

K1 K2

Bygning 5.500.000 kr. 6.000.000 kr.

Fliskedel 6.000.000 kr. 7.200.000 kr.

Motor 11.850.000 kr. 11.850.000 kr.

Byggerenter 800.000 kr. 800.000 kr.

Rådgivning 800.000 kr. 800.000 kr.

Uforudsete 1.000.000 kr. 1.000.000 kr.

I alt 25.950.000 kr. 27.650.000 kr.

Solfanger og damvarmelager 19.175.000 kr. 19.175.000 kr.

Alternativ K i alt: 45.125.000 kr. 46.825.000 kr.

Drifts- og vedligeholdelsesudgifterne er som for alternativ I plus 44 kr/ MWh_el produceret på anlægget.

L. Løsning I suppleret med et forgasningsanlæg fra Vølund.

Anlægget er et modstrømsforgasningsanlæg, hvor det er muligt at forgasse et bredt spektrum af brændbare materialer. Ved anvendelse af skovflis med et vandindhold mellem 35 og 55% vil der ifølge Vølund ikke være problemer med driften af forgasser og motor.

Det samlede anlæg har følgende produktionsforhold:

	Effekt	Virkningsgrad
Tilført energi	6250 kW
Elydelse	1906 kW	30,5%
Varmeydelse	3340 kW	53,5%
Tjæreydelse	460 kW	7,4%
Tab	544 kW	8,7%

Tabel Fejl! Ukendt argument for parameter. Produktionsforhold, Vølund forgasser

Tjæren kan lagres og benyttes ved spidslast og udetid for forgasseren, i stedet for olie. Det betyder at de 7,4% ikke får direkte indflydelse på antallet af driftstimer på motoren.

Anlægget er prissat som følger:

Komplet anlæg 56.000.000 kr.

Byggerenter 2.000.000 kr.

Rådgivning 1.500.000 kr.

Uforudsete 1.500.000 kr

I alt 61.000.000 kr.

Solfanger og damvarmelager 19.175.000 kr.

Alternativ L i alt: 80.175.000 kr.

Drifts- og vedligeholdelsesudgifterne er som for alternativ I tillagt en årligt driftsomkostning på 200.000 kr samt 110 kr/MWh_el.

M. Løsning I suppleret med et forgasningsanlæg fra Carbone/FLS-miljø.

Carbone anvender en fluid-bed forgasser, som ifølge leverandøren giver en renere gas end Vølunds system. Gassen anvendes i en gasmotor (samme motor som Vølund). Der anvendes træpiller. Skulle i stedet anvendes flis, ville det kræve tørring til under 20% fugt og ændret lager. Anlægget kan ifølge leverandøren brænde affald.

Det samlede anlæg har følgende produktionsforhold:

	Effekt	Virkningsgrad
Indfyret energi	6800 kW
Elproduktion	1970 kW	29%
Varmeproduktion	3750 kW	55%
Tab	1080 kW	16%

Tabel Fejl! Ukendt argument for parameter. Produktionsforhold, forgasningsanlæg, Carbone/FLS-miljø

Anlægget har følgende investeringsbehov:

Bygning 5.500.000 kr.

Komplet anlæg 55.000.000 kr.

Byggerenter 2.000.000 kr.

Rådgivning 1.500.000 kr.

Uforudsete 1.500.000 kr.

I alt 65.500.000 kr.

Solfanger og damvarmelager 19.175.000 kr.

Alternativ M i alt: 84.675.000 kr.

Drifts- og vedligeholdelsesudgifterne er som for alternativ I plus 12 kr/MWh_varme for eludgift til forgasseren samt 150 kr/MWh_el for drift af motor.

2.2 Energiforhold, forbrugerpris og tilskudsbehov

Beregningsmetoden.

For at sammenligne de forskellige alternative løsningsmuligheder er energiproduktionen og brændselsforbruget beregnet i simuleringsprogrammet TRNSYS. Programmet er modulopdelt og indeholder bl.a. moduler for forskellige langtidslagre. Ingen andre programmer kan regne på kombinationer af forskellige varmeproducerende enheder og langtidsvarmelagring. Efter beregning af energiproduktion og brændselsforbruget er anvendt et regnearksprogram til beregning af den gennemsnitlige produktionspris ab værk.

Der er i TRNSYS opbygget en model af Marstal Fjernvarme, inkl. øget solfangerareal og et langtidsvarmelager (alternativ I) samt yderligere et biomassefyret kraftvarmeanlæg i alternativerne J til M.

I modellen er følgende data anvendt (alt. I):

Fjernvarmebehov	26.167	MWh/år
Solfangerareal	19.040	m^2
Akkumuleringstank	2.100	m^3
Lagervolumen	10.000	m^3
Fremløbstemperatur, fjernvarme	73	°C
Returtemperatur, fjernvarme, vinter	33	°C
Returtemperatur, fjernvarme, sommer	43	°C
Fremløbstemperatur fra solfanger, vinter	65	°C
Fremløbstemperatur fra solfanger, sommer	75	°C
Revisionsperiode biomasse KV	sidste 3 uger i juni
Sommer	1/5-1/10

Tabel 2.1. Nøgledata

Fjernvarmereturtemperaturen skifter fra vinter til sommer 1. juni og fra sommer til vinter 1. oktober.

Simuleringen løber over fire år for at sikre at sæsonlagerets omgivende jord er i energibalance.

Resultater

I bilag 3 er vist produktionsresultaterne for de forskellige alternativer. I Fejl! Ukendt argument for parameter. er summeret produktionsresultaterne for det fjerde år.

Tabel Fejl! Ukendt argument for parameter. Sammenstilling af produktionsresultater

Solvarmeproduktionen er størst i alternativ I, hvilket skyldes at i de andre alternativer fylder kraftvarmeanlægget varme på lageret, hvilket øger temperaturen i lageret og derved returtemperaturen til solfangerne. Det ses deraf også at lageret udnyttes bedre i KV-alternativerne.

Alternativ I har så på sigt lagerplads til en større solfangerproduktion idet lagertemperaturen ikke overstiger 85^oC.

Økonomi

Bilag 4 indeholder de økonomiske beregninger for de forskellige alternativer. Et af nøgletallene når resultaterne skal sammenlignes, er den gennemsnitlige varmeproduktionspris.

Under beskrivelsen af de enkelte alternativer er angivet anlægspriser og driftsomkostninger. Dertil kommer følgende brændselspriser:

	kr/MWh	kr/tons
Flis (alt. J til L)	136,00	380,80
Træpiller (alt. M)	133,20	652,70
Olie (oliekedel)	199,50	2420,00
Olie (motorer)	135,90	1607,00

Tabel Fejl! Ukendt argument for parameter. Brændselspriser

Elsalgsprisen er sat til 400 kr/MWh for de eksisterende motorer og mens den for biomasse KV-anlæggene er sat til 600 kr/MWh de første 10 år og derefter sat til 350 kr/MWh.

Investeringerne er forudsat finansieret 100% med kommunegaranterede indekslån. Lånebetingelserne fremgår af Fejl! Ukendt argument for parameter..

Løbetid Rentefod Inflation Bidrag Indexkurs

20 år 2.5 % 0 % 0.2 1000 kr 86

Tabel 9 Finansieringsbetingelser

En række økonomiske nøgletal er gengivet i Fejl! Ukendt argument for parameter.. Tallene er gældende for 2003, dvs. det fjerde år.

Tabel Fejl! Ukendt argument for parameter. Økonomiske resultater.

I forhold til beregningerne i tabel 1 er olieprisen hævet fra 2.195 kr/ton til 2.420 kr/ton og indekskursen er ændret fra 92,75 til 86. Derfor er resultatet for referencen ikke længere 437 kr/MWh, men 450 kr/MWh.

Som det ses er der ikke nogen af løsningsforslagene der umiddelbart kan konkurrere med den nuværende produktionspris. Alternativ I kommer nærmest, hvorimod de øvriges merinvestering i biomasse kv ikke kan forrentes af en øget elindkomst. Skal der balance i økonomien er det nødvendigt med anlægsstøtte.

Fejl! Ukendt argument for parameter. indeholder en opsummering af alternativerne med gennemsnitsproduktionspris samt de nødvendige tilskudsprocenter, hvis afskrivningsperioden er hhv. 10 og 20 år og den nuværende varmeproduktionspris på 450 kr/MWh skal fastholdes.

Tabel 11 Varmeproduktionspriser og støtteprocenter

På baggrund af ovenstående nye beregninger vurderede Marstal Fjernvarme atter kraftvarmemuligheden. Igen var der tilskudsbehov på 40-50% hvis afskrivningsperioden skulle være 10 år. Bedst var BioPower kraftvarmeværket fra Marstal VVS, men her ville det til gengæld være vanskeligt at opnå en høj støtteprocent på grund af den lave elnyttevirkning.

EU´s sagsbehandler på den tidligere indsendte solvarme- og sæsonlagerløsning kontaktedes endvidere for at få vurdering af tilskudsmulighederne til et nyt projekt. Han anbefalede at forsøge at gøre solfangerfeltet innovativt frem for at tilføje flere teknologier. På den baggrund besluttedes Marstal Fjernvarme at vente med en evt. kraftvarmeløsning og således nøjes med at indsende det reviderede solvarmeprojekt.

Derefter udarbejdedes en fornyet EU-ansøgning, hvori solvarmeanlægget ændredes, således at det kom til at bestå af 8.000 m² ARCON HT-solfangere i forskellige udgaver, således at de var tilpasset temperaturnivauerne fra ca.35^oC til ca. 75^oC og af focuserende solfangere velegnede til temperaturniveauer over 75^oC. I øvrigt henvises til ansøgningen (ref.3)

Ansøgningen ser ud til at resultere i et tilskud på 810.000 EURO eller godt 6 mil. danske kroner. Derudover er ansøgt yderligere tilskud, således at den samlede egenbetaling forventes at blive på 12.099 mio. kroner. Derefter er foretaget beregning af den resulterende varmepris. Der er endvidere foretaget beregning af projektets følsomhed, såfremt damvarmelageret er ude af funktion (worst case) og såfremt egenbetalingen bliver 1 mio. kr. højere. Resultaterne er

		Varmeproduktionspris kr, MWh
O	Reference (nuværende system)	450
I	19.040 m^2 solfangre og 10.000 m^3 lager, egenbetaling 12,099 kr.	447
	Lager virker ikke (solfangerydelse falder)	453
	Egenbetaling 13,099 kr. Lager virker ikke	456

Tabel 12 Fejl! Ukendt argument for parameter. Følsomhedsberegninger

På det seneste har Told og Skat krævet afgiftsbetaling for diesel til motordrift, hvorfor motoren er stoppet. Det betyder, at reference beregningen giver 455 kr/MWh og at de øvrige priser ligeledes hæves med 5 kr/MWh.

3 DESIGN AF LAGER

3.1 Jordbundsforhold

GEO (tidligere Geoteknisk Institut) har undersøgt jordbundsforholdene med henblik på etablering af sæsonvarmelageret. I første omgang foretoges en boring på en af Marstal Fjernvarme udpeget placering. Arbejdet er detaljeret beskrevet i bilag 5. Resultatet var, at GEO ikke kunne anbefale den udpegede lokalitet, da der under godt 1 m fyld ligger et 6 m lag af fed siltet ler, som ved udgravninger er kendt for at være instabilt ved anlæg mindre end 4.

GEO udførte derefter orienterende undersøgelser for 3 nye placeringsmuligheder i nærheden af solvarmeanlægget (Bilag 6). En af disse, placering 3, anbefaledes det at gå videre med. Næste skrift er udførelse af 8 stk 10 m dybe boringer i et net på ca. 30 x 30 x under overvågning af en person, som kan vurdere den opborede jord på stedet samt udførelse af en enkelt dyb boring til ca. 22 meters dybde.

Disse boringer må imidlertid afvente igangsætningen af det EU-støttede anlægsprojekt, da der ikke var budgetteret med dem i nærværende projekt.

3.2 Lagergeometri

Der er regnet med et kvadratisk lager med hældning 2 som vist i afsnit 2.1.

Lagerets dimensioner er

Design

1 m 20 m 10,0 m 20 m 1 m

Lagervolumen:

h = 10 m, a = 50, a₁ = 10

10 ((2x50+10) 50 + (2x10+50) 10) m³ = 10.500 m³

6

Udgravning:

h = 11 m, a = 54, a_j = 11

11 ((2x54+11) 54 + (2x11+54) 11) m³ = 12.013 m³

6

Lågareal :

52 x 52 m² = 2.704 m²

Sideareal:

_________

52 + 10 x \/ 21² + 10,5² x 4 m² = 2.912 m²

2

Bund:

10 x 10 m² = 100 m²

Lagerets geometri vil blive endelig fastlagt når jordbundsundersøgelserne er afsluttet, idet sidehældningen må ændres, hvis der træffes instabil ler, gravedybden evt. må ændres p.g.a. grundvandsforhold eller økonomi og den kvadratiske form kan ende med at blive rektangulær for at klemme lageret ind mellem Skolevej og solfangerne.

3.3 Tætning af sider

Sidetætningen kan foregå ved stålliner, plastliner eller en kombination af plast/gummiliner og ler. Stållineren og lerlineren har af økonomiske årsager på forhånd været udelukket i projektet hvorfor kun plastlinere har været taget i betragtning.

I et sand/vandlager med udlagte pex-slanger som varmeveksler, som opførtes ved Marstal Fjernvarme i 1998 anvendtes PP (Poly-Propylen) som topliner og sideliner. PP-lineren viste sig let at håndtere og svejse. Der anvendtes dobbeltsvejsninger, som efterfølgende trykprøvedes. Lineren har ikke efterfølgende vist tegn på lækage.

En PP-liner kunne derfor være en mulig løsning også for damvarmelageret, hvor temperaturerne er højere end i sandlageret.

Derfor gennemførtes i 1998-99 en test af PP-linerens langtidsholdbarhed. Resultaterne fremgår af ref. 4 og er i korthed, at levetiden for en liner kan udtrykkes ved følgende kurver.

Figur 2. Levetid for PP-liner (fra ref. 4)

Med de temperaturforhold, som beregningsmæssigt kommer til at råde i damvarmelageret i Marstal er levetiden beregnet til

Måned	Gennemsnitligt vandtemperatur 1) ^oC	Årlig tidsfraktion tn	Levetid ved temperatur Ln	tn/Ln
Januar	35,8	0,0833	70	0,0012
Februar	34,8	0,0833	70	0,0012
Marts	34,0	0,0833	70	0,0012
April	33,2	0,0833	70	0,0012
Maj	32,4	0,0833	70	0,0012
Juni	63,2	0,0833	8	0,0104
Juli	70,8	0,0833	4	0,0208
August	78,5	0,0833	2	0,0417
September	66,9	0,0833	6	0,0139
Oktober	48,1	0,0833	25	0,0033
November	39,1	0,0833	54	0,0015
December	37,3	0,0833	61	0,0014
Summation tn/ln				0,0990
Levetid i år = 1/S tn/ln				10,1

1) i øverste meter.

Tabel 12. Beregning af levertid for PP-liner i Marstal.

Som det ses holder lineren ikke de 20 år, som er den ønskede levetid for et langtidsvarmelager. En efterfølgende evaluering af levetidsundersøgelsen har ikke kunnet påvise metodefejl. Så resultaterne må anses for pålidelige. Dog har det været anført, at der kan have været brugt en forkert iltningshæmmer (antioxidant), hvorfor PP-lineren i Marstals sandlager måske er bedre.

Under alle omstændigheder, må det konstateres , at en levetid på 20 år for en PP-liner i Marstal Fjernvarmes nye 10.000 m³ damvarmelager, kun kan forventes, hvis temperaturbelastningen kan nedsættes. Derfor må indtil videre regnes med, at en PP-liner skal dækkes med et sandlag for at bevare stabiliteten. Sandlagets tykkelse må beregnes, udfra informationer om temperaturerne på bagsiden af gummimembranen i forsøgslageret i Skørping, samt informationer om temperaturforløbet i vandmættet sand.

I løbet af 2001/2002 gennemføres dog nye forsøg til beregning af levetiden for plastlinere. Herunder forsøges det at få testet en High Density PolyEthylen (HDPE)-liner, som ifølge Fa. John Hunderup vil kunne fremstilles til at modstå temperaturer op til 95^oC. Prisen for HDPE-lineren forventes at ligge på samme niveau som prisen på PP-lineren.

Sidelineren bliver således enten en PP-liner med et sandlag ovenpå eller en HDPE-liner.

3.4 Lågløsning

I regi af DTU er udviklet 2 typer lågløsninger (ref. 5). Såfremt sidelineren bliver PP med sand vil det være rigtigt at benytte stålløsningen i ref. 5 og såfremt sidelineren bliver HDPE vil det være rigtigt at benytte plastløsningen i ref. 5 med HDPE-lineren som det valgte plastmateriale. I både plastløsningen og stålløsningen opereres med at vandoverfladen og dermed låget ikke bevæger sig op og ned. I stedet "løber lageret over" og der indpumpes nyt vand for at holde konstant nivau. Låget flyder på vandet.

Stålløsningen er opbygget som et stort bassin, som efterfølgende forsynes med isoleringsmateriale og afdækkes med en tagdug. Efter opbygningen sejles låget ud på damvarmelagerets vandoverflade, hvorefter vandstanden sænkes.

Fig. 3 Udformning af lågløsning i stål. Princip for fastgørelse af topdug (ref. 5).

Fig. 4 Udformning af lågløsning i stål. Opbygning på land (ref. 5)

Stålløsningen er p.t. under opbygning i en forsøgsmodel hos DTU og vil efterfølgende blive tæthedstestet på et nyanlagt vandbassin.

Plastløsningen opbygges i moduler på land, som efterfølgende samles. Opbygningen er vist i fig. 5.

Fig. 5. Opbygning af lågelement i plast (ref. 5)

Plastløsningens moduler skal udluftes, da der trænger vanddamp gennem plastlingerne. Udluftningssystemet er vist på fig. 6.

Fig. 6. Udluftningssystem for lågløsning i plast. (ref. 5)

Såfremt det lykkes at få produceret den under afsnit 3.3. nævnte HDPE-liner vil der ligeledes blive foretaget afprøvning af en forsøgsmodel af plastlåget på DTU.

Prisen på stålløsningen er foreløbigt beregnet til 777 kr/m², mens prisen på plastløsningen er beregnet til 421 kr/m².

Referencer

1. Biomassefyret kraftvarme i Marstal for projekt. Marstal Fjernvarme, DXT og PlanEnergi 1999

2. Ottrupgård, 1500 m³ damvarmelager. Slutrapport. NNR 1995.

3. Solar Thermal and Long Term Heat Storage for District Heating Systems: Ansøgning til EU´s 5. rammeprogram. Maj 2000.

4. Fastlæggelse af levetider for plastlinere til sæsonvarmelagre. Teknologisk Institut og Plastconsult 1999.

5. Udvikling af flydende lågkonstruktioner til damvarmelagre. Institut for Bygninger og Energi, DTU 2000. Sagsrapport SR-0009.